Белый свет считается наличием всех цветов, в то время как белые объекты считаются отсутствием цвета. Это кажущееся противоречие проистекает из физики света и физики пигментов и красителей. Белый свет состоит из полного спектра длин волн видимого света, в то время как белые объекты отражают большинство или все длины волн одинаково. Человеческое зрение воспринимает белый свет как бесцветный, в то время как мы видим белые объекты как «белые» из-за контраста с другими цветами. Понимание этих различных механизмов помогает объяснить это распространенное заблуждение о белом и цвете.
Белый свет содержит полный спектр длин волн видимого света. Видимый спектр варьируется от фиолетового с короткой длиной волны около 380 нанометров до красного с длинной длиной волны около 740 нанометров. Белый свет представляет собой комбинацию всех этих длин волн. Солнечный свет является одним из примеров естественного белого света, который содержит полный диапазон видимых цветов.
Искусственный белый свет можно создать путем прямого смешивания длин волн, например, путем комбинирования красного, зеленого и синего света. Другие источники света создают широкий спектр, который кажется человеческому глазу белым, поскольку он содержит достаточную интенсивность во всем видимом диапазоне.
Когда белый свет падает на объект, некоторые длины волн поглощаются, а другие отражаются. Отраженные длины волн определяют цвет, который мы воспринимаем. Красный объект поглощает все длины волн, кроме красного, который отражается для наших глаз. Белый свет содержит все длины волн, поэтому он выявляет присущий объектам цвет, а не вносит свой собственный цвет.
Белые пигменты и красители, такие как те, которые используются в красках и тканях, работают по другому механизму. Вместо того чтобы излучать свет, они избирательно отражают и поглощают различные длины волн.
Идеально белая поверхность будет одинаково отражать все видимые длины волн, не поглощая ни одну из них. Это сделает поверхность бесцветной и яркой. Оттенки белого цвета отражают большинство длин волн довольно равномерно, с немного большим поглощением в некоторых частях спектра.
Это означает, что белая поверхность, освещенная белым светом, будет отражать широкий спектр для наших глаз. Мы воспринимаем это как белый цвет, в отличие от поверхностей, которые поглощают некоторые длины волн и отражают другие. Поэтому белые объекты белые, потому что они отражают полный спектр, а не потому, что у них нет цвета.
Наши глаза содержат колбочки, которые чувствительны к красным, зеленым и синим длинам волн. Сигналы от этих колбочек обрабатываются в мозге, чтобы произвести восприятие различных цветов. Когда все типы колбочек стимулируются одинаково, например, широким спектром, мозг интерпретирует это как бесцветный или белый.
Если некоторые длины волн отсутствуют или уменьшены, например, при фильтрации цветным объектом, сигналы колбочек будут несбалансированными. Мозг воспринимает эти различия сигналов колбочек как цвета, отличные от белого.
Таким образом, белый свет равномерно возбуждает все типы колбочек, в то время как белые объекты равномерно отражают длины волн белого света. В обоих случаях полный видимый спектр достигает наших глаз, сигнализируя мозгу о белом цвете. Это показывает, почему белый цвет считается наличием цвета для света, но отсутствием цвета для объектов.
| Тип | Примеры |
|---|---|
| Источники белого света | Солнечный свет, лампы накаливания, флуоресцентное освещение |
| Белые пигменты/красители | Бумага, сахар, соль, побелка, краска на основе диоксида титана |
Как показано в этой таблице, многие различные источники света и материалы могут казаться белыми, даже если физические механизмы различны. Общее у них то, что они либо испускают, либо отражают широкий спектр видимых длин волн, которые воспринимаются человеческим зрением как «белые».
Флуоресценция — интересный случай, когда объекты испускают белый свет, а не просто отражают его. Флуоресцентные материалы поглощают ультрафиолетовый свет, который возбуждает их электроны до более высоких энергетических уровней. Когда электроны возвращаются в свое основное состояние, они испускают свет в видимом спектре.
Многие флуоресцентные красители испускают широкий спектр длин волн в видимом диапазоне, заставляя их казаться белыми при УФ-освещении. Примерами служат флуоресцентные отбеливатели, добавляемые в бумагу, стиральные порошки и текстиль. Эти красители делают материал ярче и белее при дневном свете, который содержит некоторые длины волн УФ.
Таким образом, флуоресцентные материалы выглядят белыми, потому что они поглощают УФ-энергию и преобразуют ее в видимый свет по всему спектру. Это делает их особыми случаями, когда белое излучение, а не отражение, дает белый вид.
Телевизоры, телефоны, компьютеры и другие экраны создают цвет посредством комбинации красных, зеленых и синих светоизлучающих элементов. Отображение равной интенсивности красного, зеленого и синего света стимулирует все три типа колбочек в наших глазах равномерно, создавая восприятие белого цвета.
Регулируя относительную интенсивность трех цветов, экраны могут создавать широкую гамму оттенков. Но отображение их с полной и равной интенсивностью приводит к белому цвету путем смешивания света со всего видимого спектра. Это иллюстрирует, как белый свет является комбинацией всех составляющих длин волн.
Правила смешивания цветов дают дальнейшее понимание того, почему белый цвет возникает из включения всех цветов. С пигментами и красителями, сочетание дополнительных цветов дает белый или серый. Дополнительные цвета — это те, которые находятся друг напротив друга на цветовом круге, например, красный и зеленый или синий и оранжевый.
Когда смешиваются дополнительные краски, пигменты избирательно поглощают длины волн, противоположные тем, которые они отражают. Это устраняет цветовой дисбаланс в отраженном свете, выравнивая его до равномерно распределенного спектра. Результатом является нейтральный белый или серый, приближающийся к белому при большем смешивании цветов.
Тот же принцип применим и к свету. Освещение одного и того же места дополнительными цветными прожекторами дает белый свет путем смешивания длин волн. Это основано на том, что каждый источник света заполняет длины волн, которых не хватает другому. Вместе они создают полный спектр.
Наше восприятие белого цвета также обнаруживает интересные взаимодействия между физикой и биологией. Например, синий цвет больше рассеивается в атмосфере, поэтому дневной свет кажется желтоватым или красноватым, когда солнце находится близко к горизонту. Но наша зрительная система все еще регистрирует это как «белый» дневной свет из-за хроматической адаптации.
Цвета также могут казаться искаженными после снятия цветных очков. Просмотр мира через красные линзы, а затем их снятие, делает белые объекты зеленоватыми, дополнительными к адаптированному красному. Это демонстрирует пластичность восприятия цвета.
Эти эффекты напоминают нам, что белый цвет — это конструкция нашей зрительной системы, а не абсолютное свойство света и объектов. Белый цвет возникает, когда видимый спектр стимулирует наши глаза и мозг, регистрируя объект или источник света как бесцветный и яркий.
Восприятие белого цвета зависит от света, содержащего примерно равное количество длин волн по всему видимому спектру. Либо генерация этих длин волн непосредственно источником света, либо их равномерное отражение пигментом дает эффект, который мы называем белым.
Этот баланс дает белому особое место в науке о цвете. Белый свет раскрывает присущие цветам объектов, а белые поверхности демонстрируют эти цвета. Смешивание красок, света и красителей в конечном итоге сходится к белому, если составляющие охватывают дополнительные части спектра.
Таким образом, белый представляет собой конвергенцию цветов в равновесии, а не их отсутствие. Эта смесь длин волн стимулирует наши глаза равномерно, что регистрируется как яркий и бесцветный в наших зрительных системах. Понимание науки, лежащей в основе этого восприятия, разрешает противоречие белого как наличия и отсутствия цвета.
Белый цвет содержит полный спектр видимых длин волн, а также равномерно отражает или пропускает эти длины волн, чтобы восприниматься как бесцветный. Эта двойственная природа как смеси цветов, которая кажется лишенной оттенка, лежит в основе двух дополнительных определений белого:
– Белый свет – это наличие всех видимых длин волн. Полный спектр раскрывает присущие цветам освещенных объектов.
– Белые объекты одинаково отражают все видимые длины волн. Их равномерное спектральное отражение воспринимается как яркое и бесцветное, или «белое».
Таким образом, белый цвет — это как присутствие всех цветов, так и отсутствие оттенка, являющегося результатом баланса этих цветов. Это кажущееся противоречие имеет смысл, если учесть различное физическое происхождение белого неизлучаемого или отраженного света. Объединяет определения роль белого цвета как комбинации и баланса всех видимых длин волн света.